Максимальный крутящий ммент Д 1400 1079 158 203 0,417 - 1,86 870 - -

Г 1600 930 156 205 0,358 0,899 1,46 793 1,69 1,88

Номинальной мощности Д 2200 834 192 231 0,366 - 2,41 1550 - -

Г 2200 838 193 222 0,331 0,903 1,56 1140 1,79 2,27

- данные отсутствуют, Д-дизель, Г-газовый двигатель.

Причинами меньшего запаса крутящего момента являются:

1) невозможность изменения в широких пределах коэффициента избытка воздуха,

2) меньшие значения индикаторного КПД, в основном, вследствие меньшей степени сжатия,

3) меньшего значения коэффициента наполнения двигателя воздухом вследствие

применения в газовом двигателе внешнего смесеобразования и заметного значения парциального объема газового топлива,

4) несколько меньшего значения теплотворной способности газовоздушной смеси.

Следовательно, для того чтобы газовый вариант дизеля с наддувом, работая при (=1,4…1,6 (для обеспечения приемлемых выбросов оксидов азота), имел выходные характеристики, максимально приближенные к характеристикам базового дизеля, необходимо увеличить массовое наполнение цилиндров, подняв давление наддува, за счет применения турбокомпрессоров с меньшими минимальными проходными сечениями канала подвода отработавших газов к турбине ТКР ft0. При этом ft0 необходимо подбирать на режиме максимального крутящего момента, а на больших частотах вращения прибегать к перепуску отработавших газов, минуя турбин ТКР, или использовать ТКР с изменяемым ft0.

Расчеты совместной работы газового двигателя с агрегатами наддува при условии использования двух ТКР показали, что для улучшения протекания кривой максимального крутящего момента в диапазоне малых частот вращения необходимо применять турбокомпрессоры с меньшими fт0 ((6 см2), а дополнительное использование перепуска части газов, минуя турбину, позволит приблизить запас кру-

Рис.6. Внешние скоростные характеристики тящего момента к имеющему место

базового дизеля с наддувом и газового в базовом дизеле.

двигателя На рис. 6. представлены внешние

скоростные характеристики газового двигателя с ТКР К-27 (fт0=7 см2), В-65-1 (fт0=5,6 см2), в сравнении с ВСХ базового дизеля с ТКР-7Н (fт0=12 см2). Из графиков видно, что газовый двигатель с ТКР К-27 по протеканию крутящего момента проигрывает дизелю при n < 1600 мин-1. Наилучшее протекание максимального крутящего момента по ВСХ и меньшее содержание оксидов азота в отработавших газах получены при работе двигателя с ТКР В-65-1. Значительное снижение концентрации оксидов азота связано с увеличением избытка воздуха. Однако, высоки концентрации СО и особенно несгоревших углеводородов СН (суммарно). Сравнительно высокие концентрации СО в отработавших газах не представляют серьезной опасности, так как окисление СО в нейтрализаторах происходит достаточно полно. Основной проблемой является выполнение норм по выбросам суммарных несгоревших углеводородов. Окисление метана, который, в основном, и входит в состав несгоревших углеводородов газового двигателя, в случае бедных смесей в присутствии значительного количества водяного пара является весьма проблематичным. Поэтому была проведена работа по подбору окислительных нейтрализатров.

Испытания показали, что нейтрализатор с Pt/Rd катализатором при работе на (=1,42…1,46 (n=1000 мин-1) обеспечивает снижение концентрация СО в 4,9…5,5 раза, а концентрацию СН (суммарно) - лишь на 12…12,5%, при средней температуре газов в нейтрализеторе 425…465°С.

Опыты с нейтрализатором, имеющим Pd катализатор, показали снижение содержания СО до нулевого порога чувствительности прибора, (100 чнм). Концентрация оксидов азота имеет небольшую тенденцию к повышению в нейтрализаторе. Однако, и после нейтрализатора концентрация NOX не превышает 260 чнм. Происходит заметное снижение концентрации СН (суммарно) на 28,5…65% в зависимости от режима работы, причем процент снижения, как правило, тем выше, чем выше нагрузка, а, следовательно, температура отработавших газов. Пробные опыты, проведенные в конце исследования показали возможность существенного повышения эффективности нейтрализатора в отношении окисления метана (СН4) при теплоизоляции трубопроводов и самого нейтрализатора.

Результаты испытаний показывают, что выбросы NOx резко снижаются при

прикрытии дроссельной заслонки, очевидно в основном, в связи, со снижением температуры продуктов сгорания в объемах, непосредственно за фронтом пламени.

Понижение температуры можно связать с рядом обстоятельств:

1.Увеличением теплоемкости заряда вследствие большего разбавления остаточными продуктами, содержащими 3-х атомные газы.

2.Уменьшением плотности заряда при прикрытии дроссельной заслонки и, как следствие, интенсивности турбулентности.

3.Незначительным снижением температуры во впускном коллекторе вследствие увеличения эффективности охладителя.

Прослеживается тенденция к увеличению концентрации суммарных несгоревших углеводородов при прикрытии дроссельной заслонки. Это можно объяснить общим ухудшением условий горения, на что, в первую очередь, реагирует метан, находящийся в зонах, в которых окисление определяется молекулярными процессами.

На концентрацию в отработавших газах оксида углерода влияют не только условия горения, но также термическая диссоциация СО2, которая происходит в меньшей степени при прикрытых положениях дроссельной заслонки.

Как уже отмечалось, в ходе проведения опытов было замечено, что повышение температуры отработавших газов существенно увеличивает степень преобразования суммарных углеводородов. В связи с этим была разработана система нейтрализации, которая, помимо основного нейтрализатора содержит небольшой по объему преднейтрализатор, установленный между выпускном коллектором и ТКР (рис.7).

Испытания показали, что установка преднейтрализатора позволила получить существенное снижение суммарных выбросов углеводородов. Из анализа результатов испытаний следует, что преднейтрализатор, в котором степень очистки углеводородов составляет всего 4…29%, повышает эффективность основного нейтрализатора до 97…98%, по сравнению с 28,5…65% при работе без преднейтрализатора. Однако установка преднейтрализатора привела к повышению на 1,2…8,7% противодавления системы выпуска отработавших газов.

Возможности повышения температуры отработавших газов после преднейтра-

лизатора выше предельно допустимой для турбины ТКР и выхода из строя каталитических блоков преднейтрализатора, их разрушение и попадание элементов в турбину ТКР привели к решению об установке преднейтрализатора за турбиной ТКР.

Рис.7. Схема газового двигателя с двух ступенчатой системой нейтрализации

1-катушка зажигания, 2-спецдиск 60-2, 3-диск датчика фазы, 4-датчик оборотов, 5-датчик фазы, 6-датчик положения дроссельной заслонки, 7-пусковой клапан, 8-клапан байпасного канала, 9-датчик температуры охлаждающей жидкости, 10-клапан ускорительный, 11, 12, 13-термопары, 14-дроссельная заслонка, 15-датчик абсолютного давления.

Для такой компоновки и обеспечения общей степени очистки системой нейтрализации несгоревших углеводородов в пределах 97…99%. экспериментальным путем был подобран объем преднейтрализатора, который составил V=1л.

В соответствии с требованиями и по методике изложенной в Правилах ЕЭК ООН Р-49-04 были проведены испытания газового двигателя по 13-ти ступенчатому циклу. В таблице 4 представлены результаты испытаний.

Представленные результаты показывают, что газовый двигатель с двухступен-

Таблица 4

Удельные выбросы газового двигателя с наддувом

Вредные вещества Нормы Показатели газового двигателя с надувом,

г/кВт.ч